Фамилия Шелеменцева — женская форма, а её мужской вариант Шелеменцев. В основе фамилии лежит прозвище или нецерковное имя Шелеменец. Чтобы понять, откуда оно взялось, нужно разобрать словообразовательную цепочку. Суффикс -ец в русских прозвищах часто указывал на человека по месту жительства или по характерному признаку. В данном случае корень «шелем» восходит к диалектному слову «шелом» — шлем. В старину «шеломом» называли не только боевой головной убор, но и в переносном смысле — что-то выпуклое, крышу, навес. Так что Шелеменцем могли прозвать мастера, который делал шлемы (шеломника), либо человека, носившего приметный шлем, или же того, кто жил под «шеломом» — например, под крутой крышей или холмом.

Менее вероятная, но возможная версия связывает фамилию с личным именем Шелом (уменьшительное от Соломон, через народную форму Шеломон). Тогда Шелеменец — это «сын Шелома», а суффикс -ец выступает в роли патронимического, как в фамилиях Иванец, Петрец. Однако эта гипотеза слабее, потому что форма Шелеменец для прямого отчества нехарактерна — обычно отчества на -ец образовывались от прозвищ, а не от крестильных имён.

Суффикс -ев в окончании фамилии (Шелеменцев) типичен для русских фамилий, образованных от основ на мягкий согласный или -й. Он указывает на принадлежность: «чей?» — Шелеменцев, то есть потомок Шелеменца. Фамилия довольно редкая, её географическое распространение узкое. По данным современных справочников, основные очаги бытования — южные области России, в частности Ростовская область и Краснодарский край. Там же встречаются однокоренные фамилии Шелементьев, Шелемин, Шеломов, что подтверждает связь с южнорусскими говорами, где слово «шелом» было в ходу.

Таким образом, предок носительницы фамилии Шелеменцева скорее всего был ремесленником-оружейником либо человеком с приметной внешностью или местом жительства, связанным с выпуклым «шеломом». Фамилия сохранила в себе отголосок древнего быта и профессионального уклада.